土力學(xué)1-第三章

陳昌祿地基中的應(yīng)力2015年3月貴州工程應(yīng)用技術(shù)學(xué)院

土木建筑工程學(xué)院本章提要學(xué)習(xí)要點第四章：地基中的應(yīng)力土體中的應(yīng)力計算土體中的孔隙水壓力計算有效應(yīng)力原理與固結(jié)模型

土體應(yīng)力計算-彈性理論有效應(yīng)力原理與固結(jié)

-土水兩相相互作用強度問題變形問題應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系自重應(yīng)力附加應(yīng)力基底壓力計算有效應(yīng)力原理建筑物修建以前，地基中由土體本身重量所產(chǎn)生的應(yīng)力建筑物重量等外荷載在地基中引起的應(yīng)力增量土體中的應(yīng)力計算第四章：地基中的應(yīng)力1應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系2自重應(yīng)力3附加應(yīng)力4基底壓力計算5有效應(yīng)力原理6常規(guī)三軸壓縮試驗土力學(xué)中應(yīng)力符號的規(guī)定材料力學(xué)+-正應(yīng)力剪應(yīng)力拉為正壓為負(fù)順時針為正逆時針為負(fù)+-土力學(xué)壓為正拉為負(fù)逆時針為正順時針為負(fù)三維應(yīng)力狀態(tài)（一般應(yīng)力狀態(tài)）地基中的應(yīng)力狀態(tài)（1）

yyzxyzxxzyxoz三維應(yīng)力狀態(tài)（三軸應(yīng)力狀態(tài)）地基中的應(yīng)力狀態(tài)（1）

試樣水壓

力c軸向力F應(yīng)變條件應(yīng)力條件獨立變量地基中的應(yīng)力狀態(tài)（2）

二維應(yīng)力狀態(tài)（平面應(yīng)變狀態(tài)）yyzxyzxxzyxozzxzxzx垂直于y軸斷面的幾何形狀與應(yīng)力狀態(tài)相同沿y方向有足夠長度，L/B≧10在x,z平面內(nèi)可以變形，但在y方向沒有變形地基中的應(yīng)力狀態(tài)（2）

二維應(yīng)力狀態(tài)（平面應(yīng)變狀態(tài)）應(yīng)變條件應(yīng)力條件獨立變量地基中的應(yīng)力狀態(tài)（3）

側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)：指側(cè)向應(yīng)變?yōu)榱愕囊环N應(yīng)力狀態(tài)yxoz水平地基半無限空間體半無限彈性地基內(nèi)的自重應(yīng)力只與Z有關(guān)土質(zhì)點或土單元不可能有側(cè)向位移側(cè)限應(yīng)變條件任何豎直面都是對稱面應(yīng)變條件地基中的應(yīng)力狀態(tài)（3）

側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)：側(cè)向應(yīng)變?yōu)榱愕囊环N應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)變條件應(yīng)力條件獨立變量側(cè)壓力系數(shù)E、與位置和方向無關(guān)理論：彈性力學(xué)解求解“彈性”土體中的應(yīng)力方法：解析方法優(yōu)點：簡單，易于繪成圖表等碎散體非線性彈塑性成層土各向異性應(yīng)力計算時的基本假定εpεe加載卸載線彈性連續(xù)介質(zhì)（宏觀平均）線彈性體（應(yīng)力較小時）均質(zhì)各向同性體（土層性質(zhì)變化不大）土力學(xué)中應(yīng)力符號的規(guī)定地基中常見的應(yīng)力狀態(tài)應(yīng)力計算時的基本假定三維應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài)平面應(yīng)變狀態(tài)側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)連續(xù)彈性均質(zhì)各向同性小結(jié)水平地基中的自重應(yīng)力土石壩的自重應(yīng)力（自學(xué)）第四章：地基中的應(yīng)力1應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系√2自重應(yīng)力3附加應(yīng)力4基底壓力計算5有效應(yīng)力原理6常規(guī)三軸壓縮試驗土體的自重應(yīng)力假定：水平地基半無限空間體半無限彈性體 有側(cè)限應(yīng)變條件一維問題定義：在修建建筑物以前，地基中由土體本身

的有效重量而產(chǎn)生的應(yīng)力目的：確定土體的初始應(yīng)力狀態(tài)計算： 地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重土體的自重應(yīng)力豎直向自重應(yīng)力：土體中無剪應(yīng)力存在，故地基中Z深度處的豎直向自重應(yīng)力等于單位面積上的土柱重量均質(zhì)地基：成層地基：水平向自重應(yīng)力：容重： 地下水位以上用天然容重 地下水位以下用浮容重1H12H23H3zszsxsy地面地下水土體的自重應(yīng)力分布規(guī)律分布線的斜率是容重在等容重地基中隨深度呈直線分布自重應(yīng)力在成層地基中呈折線分布在土層分界面處和地下水位處發(fā)生轉(zhuǎn)折或突變（水平應(yīng)力）1H12H22H3zszsxsy地面地下水sz1H12H22H3z第四章：土體中的應(yīng)力計算1應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

2自重應(yīng)力

3附加應(yīng)力

4基底壓力計算5有效應(yīng)力原理6常規(guī)三軸壓縮試驗地基中的附加應(yīng)力附加應(yīng)力是由于修建建筑物之后再地基內(nèi)新增加的應(yīng)力，它是使地基發(fā)生變形從而引起建筑物沉降的主要原因集中荷載作用下的附加應(yīng)力矩形分布荷載作用下的附加應(yīng)力條形分布荷載作用下的附加應(yīng)力圓形分布荷載作用下的附加應(yīng)力影響應(yīng)力分布的因素基本解疊加原理集中荷載的附加應(yīng)力（P；x,y,z；R,α,β)豎直集中力－布辛內(nèi)斯克課題yyzxyzxxzPyzMzRβxxorαMy法國數(shù)學(xué)家布辛內(nèi)斯克（J.Boussinesq）1885年推出了該問題的理論解，包括六個應(yīng)力分量和三個方向位移的表達式教材集中荷載的附加應(yīng)力豎直集中力－布辛內(nèi)斯克課題其中，豎向應(yīng)力z：集中力作用下的應(yīng)力分布系數(shù)查表P集中荷載的附加應(yīng)力P作用線上在某一水平面上在r﹥0的豎直線上z等值線-應(yīng)力泡0.1P0.05P0.02P0.01P應(yīng)力泡豎直集中力－布辛內(nèi)斯克課題σz與α無關(guān)，呈軸對稱分布集中荷載的附加應(yīng)力水平集中力－西羅提課題yyzxyzxxzyzxoPMxyzrRβMαpM矩形分布荷載的附加應(yīng)力矩形面積豎直均布荷載

角點下的垂直附加應(yīng)力：B氏解的應(yīng)用m=L/B,n=z/B矩形豎直向均布荷載角點下的應(yīng)力分布系數(shù)Ks：矩形內(nèi)：矩形外：荷載與應(yīng)力間滿足線性關(guān)系疊加原理角點計算公式任意點的計算公式矩形分布荷載的附加應(yīng)力矩形面積豎直均布荷載

任意點的垂直附加應(yīng)力—角點法BACDabABCDcd矩形分布荷載的附加應(yīng)力矩形面積豎直三角形分布荷載ptM矩形面積豎直三角分布荷載角點下的應(yīng)力分布系數(shù)：o注意坐標(biāo)原點角點下的垂直附加應(yīng)力：C氏解的應(yīng)用ph矩形分布荷載的附加應(yīng)力矩形面積水平均布荷載矩形面積作用水平均布荷載時角點下的應(yīng)力分布系數(shù)：ZLB條形分布荷載的附加應(yīng)力豎直線布荷載-弗拉曼解-B氏解的應(yīng)用—積分M任意點的附加應(yīng)力：F氏解的應(yīng)用條形分布荷載的附加應(yīng)力條形面積豎直均布荷載條形面積豎直均布荷載作用時的應(yīng)力分布系數(shù)：Mxyzp其它荷載的附加應(yīng)力圓形面積均布荷載作用圓心下的附加應(yīng)力計算小結(jié)底面形狀

荷載分布

計算點位置KK——豎直集中荷載作用下(表4-1)Ks

——矩形面積豎直均布荷載作用角點下(表4-2)Kt

——矩形面積三角形分布荷載作用角點下(表4-3)K0

——圓形面積均布荷載作用時園心點下(表4-4)Kzs——條形面積豎直均布荷載作用時(表4-5)Kzt——條形面積三角形分布荷載作用時(表4-6)上層軟弱，下層堅硬非均勻性-成層地基軸線附近應(yīng)力集中，σz增大應(yīng)力集中程度與土層剛度比有關(guān)隨H/B增大，應(yīng)力集中減弱上層堅硬，下層軟弱軸線附近應(yīng)力擴散，σz減小應(yīng)力擴散程度與土層剛度比有關(guān)隨H/B的增大，應(yīng)力擴散增強HE1硬層E2>E1成層均勻H硬層E1E2<E1成層均勻影響土中應(yīng)力分布的因素非線性和彈塑性影響土中應(yīng)力分布的因素對豎直應(yīng)力計算值的影響不大對水平應(yīng)力有顯著影響變形模量隨深度增大的地基是一種連續(xù)非均質(zhì)現(xiàn)象，在砂土地基中尤為常見使應(yīng)力向應(yīng)力的作用線附近集中Ex/Ez<1時，Ex相對較小，不利于應(yīng)力擴散應(yīng)力集中Ex/Ez>1時，Ex相對較大，有利于應(yīng)力擴散應(yīng)力擴散各向異性地基矩形面積水平均布荷載條形面積豎直均布荷載豎直集中力面積分線積分：豎直線布荷載矩形面積豎直三角形荷載圓形面積豎直均布荷載矩形面積豎直均布荷載寬度積分L/B10水平

集中力面積分滿足疊加原理，可對各種特殊荷載和面積進行分解和組合，利用已知解和求解小結(jié)荷載的組合：例題4-4矩形面積基礎(chǔ)長l=5m，寬b=3m，三角形分布荷載作用在地表面，荷載最大值p=100kPa。試計算在矩形面積內(nèi)O點下深度z=3m處M點的豎向應(yīng)力值。豎向應(yīng)力多大？[解]1)荷載作用面積疊加通過O點將矩形面積劃為4塊，假定其上作用均布荷載p1

p1=100/3=33.3kPa用角點法，即z1=z1(aeOh)+z1(ebfO)+z1(Ofcg)+z1(hOgd)應(yīng)力系數(shù)可由查表得z1=33.3(0.045+0.093+0.156+0.073)=12.2kPa2)荷載分布圖形的疊加

ABC=DABE

AFD+CFE三角形分布荷載AFD作用在aeOh和ebfO上：z2=z2(aeOh)+z2(ebfO)=p1(t1+t2)z2=33.3(0.021+0.045)=2.2kPa

三角形分布荷載CFE作用在Ofcg和hOgd上：z3=z3(Ofcg)+z3(hOgd)=(pp1)(t3+t4)=6.7kPa于是z=12.22.2+6.7=16.7kPa第四章：土體中的應(yīng)力計算影響因素計算方法分布規(guī)律1應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

2自重應(yīng)力

3附加應(yīng)力

4基底壓力計算5有效應(yīng)力原理6常規(guī)三軸壓縮試驗基底壓力：基礎(chǔ)底面?zhèn)鬟f給地基表面的壓力，也稱基底接觸壓力?；讐毫仁怯嬎愕鼗懈郊討?yīng)力的外荷載，也是計算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)內(nèi)力的外荷載，上部結(jié)構(gòu)自重及荷載通過基礎(chǔ)傳到地基之中基底壓力計算上部結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)地基建筑物

設(shè)計基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)

的外荷載基底反力基底壓力附加應(yīng)力地基沉降變形基底壓力的影響因素剛度形狀大小埋深大小方向分布土類密度土層結(jié)構(gòu)等基底壓力是地基和基礎(chǔ)在上部荷載作用下相互作用的結(jié)果，受荷載條件、基礎(chǔ)條件和地基條件的影響荷載條件：基礎(chǔ)條件:地基條件：暫不考慮上部結(jié)構(gòu)的影響，用荷載代替上部結(jié)構(gòu)，使問題得以簡化抗彎剛度EI=∞→M≠0基礎(chǔ)只能保持平面下沉不能彎曲分布:中間小,兩端無窮大基礎(chǔ)抗彎剛度EI=0→M=0基礎(chǔ)變形能完全適應(yīng)地基表面的變形基礎(chǔ)上下壓力分布必須完全相同，若不同將會產(chǎn)生彎矩條形基礎(chǔ)，豎直均布荷載基底壓力的分布彈性地基，完全柔性基礎(chǔ)彈性地基，絕對剛性基礎(chǔ)—荷載較小—

荷載較大—

荷載很大基底壓力的分布彈塑性地基，有限剛度基礎(chǔ)砂性土地基粘性土地基接近彈性解馬鞍型倒鐘型簡化計算方法：假定基底壓力按直線分布的材料力學(xué)方法基底壓力的簡化計算基底壓力的分布形式十分復(fù)雜圣維南原理：

基底壓力分布的影響僅限于一定深度范圍，之外的地基附加應(yīng)力只取決于荷載合力的大小、方向和位置BLPBPBLPBLPoxyBPBP基礎(chǔ)形狀與荷載條件的組合矩形條形豎直中心豎直偏心傾斜偏心P:單位長度上的荷載矩形基礎(chǔ)上的集中荷載exxyeyBLP矩形面積偏心荷載BLxyP矩形面積中心荷載單項偏心，偏心距ee<B/6:梯形xyBLePe=B/6:三角形exyBLPe>B/6:出現(xiàn)拉應(yīng)力區(qū)exyBLKPK=B/2-e矩形面積單向偏心荷載出現(xiàn)拉力時，應(yīng)進行壓力調(diào)整，原則：基底壓力合力與總荷載相等3KBePPPvPh傾斜偏心荷載條形基礎(chǔ)豎直偏心荷載分解為豎直向和水平向荷載，水平荷載引起的基底水平應(yīng)力視為均勻分布其它荷載基底壓力分布的影響因素基底壓力的分布形式簡化計算方法荷載條件基礎(chǔ)條件地基條件彈性地基彈塑性地基假定基底壓力按直線分布的材料力學(xué)方法小結(jié)第四章：土體中的應(yīng)力計算有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力計算孔壓系數(shù)1應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

2自重應(yīng)力

3附加應(yīng)力

4基底壓力計算5有效應(yīng)力原理6常規(guī)三軸壓縮試驗太沙基

（KarlTerzaghi)(1883-1963)太沙基–土力學(xué)的奠基人1921-1923年提出土的有效應(yīng)力原理和土的固結(jié)理論，1925年出版經(jīng)典著作《土力學(xué)》，首次將各種土工問題歸納成為系統(tǒng)的有科學(xué)依據(jù)的計算理論，奠定了他作為土力學(xué)創(chuàng)始人的地位對所受總應(yīng)力，骨架和孔隙流體如何分擔(dān)？它們?nèi)绾蝹鬟f和相互轉(zhuǎn)化？它們對土的變形和強度有何影響？外荷載總應(yīng)力土體是由固體顆粒骨架、孔隙流體（水和氣）三相構(gòu)成的碎散材料，受外力作用后，總應(yīng)力由土骨架和孔隙流體共同承受Terzaghi的有效應(yīng)力原理和固結(jié)理論有效應(yīng)力原理外荷載總應(yīng)力飽和土中的應(yīng)力形態(tài)飽和土是由固體顆粒骨架和充滿其間的水組成的兩相體。受外力后，總應(yīng)力分為兩部分承擔(dān)：由土骨架承擔(dān)，并通過顆粒之間的接觸面進行應(yīng)力的傳遞，稱之為粒間應(yīng)力有由孔隙水來承擔(dān)，通過連通的孔隙水傳遞，稱之為孔隙水壓力?？紫端荒艹袚?dān)剪應(yīng)力，但能承受法向應(yīng)力外荷載總應(yīng)力AaaPsv接觸點PsA：Aw：As：土單元的斷面積顆粒接觸點的面積孔隙水的斷面積a-a斷面豎向力平衡：有效應(yīng)力σ1飽和土有效應(yīng)力原理飽和土的有效應(yīng)力原理飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為兩部分σ和u，并且：土的變形與強度都只取決于有效應(yīng)力一般地，有效應(yīng)力總應(yīng)力已知或易知孔隙水壓測定或計算有效應(yīng)力原理的討論孔隙水壓力的作用有效應(yīng)力的作用討論它在各個方向相等，只能使土顆粒本身受到等向壓力，不會使土顆粒移動，導(dǎo)致孔隙體積發(fā)生變化。由于顆粒本身壓縮模量很大，故土粒本身壓縮變形極小水不能承受剪應(yīng)力，對土顆粒間摩擦、土粒的破碎沒有貢獻因而孔隙水壓力對變形強度沒有直接影響，稱為中性應(yīng)力有效應(yīng)力原理的討論孔隙水壓力的作用有效應(yīng)力的作用討論是土體發(fā)生變形的原因：顆粒間克服摩擦相對滑移、滾動以及在接觸點處由于應(yīng)力過大而破碎均與有關(guān)是土體強度的成因：土的凝聚力和粒間摩擦力均與有關(guān)有效應(yīng)力原理的討論孔隙水壓力的作用有效應(yīng)力的作用討論討論：海底與土粒間的接觸壓力哪一種情況下大？1mσz=u=0.01MPa104mσz=u=100MPa自重應(yīng)力情況

（側(cè)限應(yīng)變條件）

飽和土孔壓和有效應(yīng)力計算靜水條件穩(wěn)定滲流條件地下水位海洋土毛細(xì)飽和區(qū)附加應(yīng)力情況單向壓縮應(yīng)力狀態(tài)等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)偏差應(yīng)力狀態(tài)H1H2地面地下水位自重應(yīng)力情況靜水條件：地下水位總應(yīng)力：單位土柱和水柱的總重量σ=H1+satH2孔隙水壓力：凈水壓強u=wH2有效應(yīng)力：σ=-u=H1+(sat-w)H2

=H1+H2σ=σ-uu=wH2u=wH2H1A（-)H1地面A地下水位自重應(yīng)力情況靜水條件：水位下降總應(yīng)力：σ=H1+satH2孔隙水壓力：u=wH2有效應(yīng)力：σ=-u地下水位下降會引起σ增大，土?xí)a(chǎn)生壓縮，這是城市抽水引起地面沉降的一個主要原因H1H2u=wH2σ=σ-u(-)u=wH2地下水位下降引起σ增大的部分自重應(yīng)力情況靜水條件：海洋土總應(yīng)力：單位土柱和水柱的總重量σ=wH1+satH2孔隙水壓力：凈水壓強u=w(H1+H2)有效應(yīng)力：σ=-u=H2H1H2=-uu=w(H1+H2)地面水位wH1Au=w(H1+H2)(-)自重應(yīng)力情況靜水條件：毛細(xì)飽和區(qū)H1H2σ=σ-u地面總應(yīng)力：單位土柱和水柱的總重量Aσ=H1+satH孔隙水壓力：凈水壓強u=wH2有效應(yīng)力：σ=-u

=H1+satHc+

H2毛細(xì)飽

和區(qū)u=wH2(+)(-)u=-wHcHcHu=wH2(+)(-)H1H1+satHc自重應(yīng)力情況穩(wěn)定滲流條件：HΔh砂層（排水）sat向下滲流HΔh砂層(承壓水)粘土層sat向上滲流自重應(yīng)力情況穩(wěn)定滲流條件：向上滲流AHΔh砂層(承壓水)sat向上滲流土水整體分析總應(yīng)力：單位土柱和水柱的總重量σ=satH孔隙水壓力：凈水壓強u=w(H+h)有效應(yīng)力：σ=-u

=satH-

wH-wh=H-wh滲透壓力，向上滲流使得有效應(yīng)力減小自重應(yīng)力情況穩(wěn)定滲流條件：向下滲流A土水整體分析總應(yīng)力：σ=satH孔隙水壓力：u=w(H-h)有效應(yīng)力：σ=-u

=satH-

wH+wh=H+whHhsat向下滲流砂層（排水）滲透壓力，向下滲流使得有效應(yīng)力增加可導(dǎo)致土層發(fā)生壓密變形，稱滲流壓密自重應(yīng)力情況穩(wěn)定滲流條件：向上滲流AHΔh砂層(承壓水)sat向上滲流總應(yīng)力：=+u=H-wh+w(H+h)

=satH孔隙水壓力：凈水壓強u=w(H+h)有效應(yīng)力：自重應(yīng)力+滲透力σ=H-wh取土骨架為隔離體自重應(yīng)力:滲透應(yīng)力:附加應(yīng)力情況幾種簡單的情形：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài)附加應(yīng)力z土骨架有效應(yīng)力孔隙水孔隙壓力u外荷載土骨架＋孔隙水超靜孔隙水壓力側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)及一維滲流固結(jié)實踐背景：大面積均布荷載側(cè)限狀態(tài)的簡化模型附加應(yīng)力情況pσz=p不透水

巖層飽和

壓縮層pK0pK0p土體不能發(fā)生側(cè)向變形，稱側(cè)限狀態(tài)p不變形的鋼筒鋼筒彈簧水體帶孔活塞活塞小孔大小滲透固結(jié)過程初始狀態(tài)邊界條件一般方程側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)–太沙基滲壓模型附加應(yīng)力情況物理模型p側(cè)限條件土骨架孔隙水排水頂面滲透性大小土體的固結(jié)p側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)–太沙基滲壓模型附加應(yīng)力情況p附加應(yīng)力:z=p超靜孔壓:u=z=p有效應(yīng)力:z=0附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:u<p有效應(yīng)力:σz>0附加應(yīng)力:σz=p超靜孔壓:u=0有效應(yīng)力:σz=p附加應(yīng)力情況固結(jié)過程中，u和隨時間變化，固結(jié)過程的實質(zhì)就是土中兩種不同應(yīng)力形態(tài)的轉(zhuǎn)化過程超靜孔壓力u是由外荷載引起的，它是超出靜水位以上的那部分孔隙水壓力，u總=u靜+u超靜側(cè)限條件t=0時的超靜孔壓在數(shù)值上等于外荷載增量，也即，孔壓系數(shù)：側(cè)限應(yīng)力狀態(tài)及一維滲流固結(jié)土體在受到外荷載后，產(chǎn)生超靜孔隙水壓力，超靜孔隙水壓力隨時間逐步消散，土體骨架的有效應(yīng)力逐漸增加，這一過程稱土體的滲流固結(jié)附加應(yīng)力情況三軸應(yīng)力狀態(tài)1321﹥2=3三軸應(yīng)力狀態(tài)等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)偏差應(yīng)力狀態(tài)132三軸應(yīng)力狀態(tài)等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)偏差應(yīng)力狀態(tài)3331-31-3==++附加應(yīng)力情況三軸應(yīng)力狀態(tài)uuBuA附加應(yīng)力情況三軸應(yīng)力狀態(tài)關(guān)閉排水閥門，連接孔壓傳感器，施加圍壓，量測超靜孔隙水壓力uB施加(1-)進行剪切時，關(guān)閉排水閥門。用孔壓傳感器量測剪切過程中產(chǎn)生的超靜孔隙水壓力uA試樣圍壓

力3閥門閥門馬達橫梁量力環(huán)百分表量水管孔壓量測不固結(jié)不排水試驗附加應(yīng)力情況三軸應(yīng)力狀態(tài)

等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)孔隙流體產(chǎn)生超靜孔壓uB土骨架有效附加應(yīng)力：3-uB孔隙流體的體積變化：土骨架體積變化：不排水、不排氣：ΔV1=ΔV2333uB體積V孔隙率n孔隙流體和土骨架為彈性體，其體積壓縮系數(shù)分別為Cf和Cs附加應(yīng)力情況孔壓系數(shù)B：表示單位周壓力增量所引起的孔壓力增量飽和土：Cf=CwCs B1.0干土：Cf﹥﹥Cs B=0非飽和土：B=0-1之間B是一個反映土飽和程度的指標(biāo)三軸應(yīng)力狀態(tài)

等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)333uB體積V孔隙率n孔隙流體和土骨架為彈性體，其體積壓縮系數(shù)分別為Cf和Cs附加應(yīng)力情況三軸應(yīng)力狀態(tài)

偏差應(yīng)力狀態(tài)00體積V孔隙率n孔隙流體和土骨架為彈性體，其體積壓縮系數(shù)分別為Cf和CsuA1-31-3孔隙流體產(chǎn)生超靜孔壓uA孔隙流體的體積變化：土骨架體積變化：有效附加應(yīng)力軸向側(cè)向總應(yīng)力增量1-301-3-uA-uA附加應(yīng)力情況土骨架體積變化：胡克定律不排水、不排氣：ΔV1=ΔV2孔壓系數(shù)A三軸應(yīng)力狀態(tài)

偏差應(yīng)力狀態(tài)00體積V孔隙率n孔隙流體和土骨架為彈性體，其體積壓縮系數(shù)分別為Cf和CsuA1-31-3附加應(yīng)力情況三軸應(yīng)力狀態(tài)

偏差應(yīng)力狀態(tài)00uA1-31-3孔壓系數(shù)A:對飽和土,B=1對于線彈性體:A=1/3剪脹：A1/3剪縮：A﹥1/3剪切作用引起的孔壓響應(yīng)A是一個反映土體剪脹性強弱的指標(biāo)，其大小與土性有關(guān)。A不是常數(shù)，隨加載過程而變化問題:能否對孔壓系數(shù)A作進一步的解釋？附加應(yīng)力情況純剪應(yīng)力狀態(tài)彈性體在承受純剪荷載時不發(fā)生體積應(yīng)變S=1-3S=1-3=++等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)純剪應(yīng)

力狀態(tài)純剪應(yīng)

力狀態(tài)問題:能否對孔壓系數(shù)A作進一步的解釋？附加應(yīng)力情況附加應(yīng)力情況三軸應(yīng)力狀態(tài)三軸應(yīng)力狀態(tài)等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)偏差應(yīng)力狀態(tài)u=uB+

uA小結(jié)有效應(yīng)力原理有效應(yīng)力計算固結(jié)模型與

孔壓系數(shù)A、B飽和土體內(nèi)任一平面上受到的總應(yīng)力可分為兩部分σ和u；土的變形與強度都只取決于有效應(yīng)力自重應(yīng)力情況：靜水條件

穩(wěn)定滲流條件附加應(yīng)力情況：單向壓縮應(yīng)力狀態(tài)

等向壓縮應(yīng)力狀態(tài)

偏差應(yīng)力狀態(tài)第四章：土體中的應(yīng)力計算1應(yīng)力狀態(tài)及應(yīng)力應(yīng)變關(guān)系

2自重應(yīng)力

3附加應(yīng)力

4基底壓力計算5有效應(yīng)力原理6常規(guī)三軸壓縮試驗Casagrande1930年首先使用試樣采用圓柱形土樣，用橡皮膜包裹，放在密封壓力室的壓力水中，施加軸向力，應(yīng)力狀態(tài)明確；變形量測簡單可控制排水條件；可完整的描述試樣受力、變形和破壞的全過程；可進行不同應(yīng)力路徑的試驗三軸：同“單軸”對應(yīng)，表明土樣在三個方向受力常規(guī)：同“真”對應(yīng)，表明土樣在兩個方向受到相同壓力（室壓力）的作用，并非真正的三軸應(yīng)力常規(guī)三軸壓縮試驗主機系統(tǒng)穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)量測系統(tǒng)常規(guī)三軸

壓縮試驗儀壓力室壓力室

底座主機馬達主機

框架離合器組成：主機系統(tǒng)穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)量測系統(tǒng)常規(guī)三軸

壓縮試驗儀組成：壓力泵或高壓氮氣瓶調(diào)壓閥壓力表§3.6常規(guī)三軸壓縮試驗主機系統(tǒng)穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)量測系統(tǒng)常規(guī)三軸

壓縮試驗儀組成：孔壓傳感器體變管軸向位移量測軸向力

量測常規(guī)三軸壓縮試驗儀試樣水穩(wěn)壓調(diào)壓系統(tǒng)排水管或孔壓量測閥門軸向活塞有機玻璃罩橡皮膜透水石頂帽壓力室

及試樣閥門馬達橫梁量力環(huán)百分表常規(guī)三軸壓縮試驗通常試驗分為兩個階段：施加周圍壓力3：過程中，允許試樣排水稱為固結(jié)；不允許試樣排水稱為不固結(jié)cccc施加軸向力，

進行剪切：cccc過程中，允許試樣排水稱為排水；不允許試樣排水稱為不排水常規(guī)三軸壓縮試驗不固結(jié)不排水試驗[UU]

unconsolidated-undrainedtest固結(jié)不排水試驗[CU]

consolidated-undrainedtest固結(jié)排水試驗[CD]

consolidated-drainedtest常規(guī)三軸壓縮試驗conventionaltriaxialcompressiontest固結(jié)排水試驗試驗過程：試樣圍壓

力3閥門閥門馬達橫梁量力環(huán)百分表量水管施加圍壓，排水閥門始終打開，充分排水施加(1-)進行剪切時，排水閥門始終打開。剪切速度慢足以使孔壓消散測定：軸向變形：軸向應(yīng)變軸向力：軸向應(yīng)力排水量：體積應(yīng)變典型試驗結(jié)果50403020100

1-3(100kPa)3=2500kPa1500900500300100510246

v(%)

1(%)30050090015002500與圍壓有關(guān)非線性剪脹性糯扎渡高心墻堆石壩心墻礫石土料試驗結(jié)果固結(jié)排水試驗變形模量：泊松比：一般化的應(yīng)力應(yīng)變曲線1Ei1Et土的一般化的應(yīng)力應(yīng)變曲線彈性模量固結(jié)排水試驗試驗過程施加圍壓，排水閥門始終打開，充分排水施加(1-)進行剪切時，排水閥門關(guān)閉。用孔壓傳感器量測剪切過